SE442076B - Forfarande och anordning for drift av effektkondensatorer for kompensation av reaktivstrommar - Google Patents

Description

7903224-9 m 40 kondensatorerna. Detta gör det erforderligt att bygga upp batteriet av 1ikspänningskondensatorer, eftersom växelspännings- kondensatorers dielektrikum ej under flera perioder bör utsättas för likspänning. Likspänningskondensatorer, vilka kan upptaga i inkopplingstillstånd uppträdande växelspänningsbelastningar är emellertid avsevärt dyrare än vanliga växelspänningskondensatorer, så att först och främst växelspänningskondensatorer bör användas på grund av sina tekniska och ekonomiska fördelar.

För att undvika likspänningsbelastning av kondensatorer är genom tyska utläggningsskriften 2 102 926 känd en kopplingsan- ordning för ett kondensatorbatteri, vars styrorgan är utförda på sådant sätt, att vid reducerad reaktiveffektupptagníng hos batteriet, styrorganen för åtminstone några av tyristorerna avger styrimpulser, vilka inkopplar dessa tyristorbrytare med en frekvens, som utgör.endast en bråkdel av nätfrekvensen, vid nätspänningens maximivärden omväxlande i den ena och andra riktningen.

Tyristorerna styrs således på sådant sätt att kondensatorerna även under beredskapsperioderna, d.v.s. under de tidsintervaller, där kondensatorena i princip inte är inkopplade, ständigt om- polariseras. Därigenom undvikes en ren likspänningsbelastning av kondensatorerna och man borde kunna använda de avsevärt bil- ligare växelspänningskondensatorer, vilkas dielektrikum inte tål någon längre likspänningsbelastning.

Vid denna kända anordning belastas emellertid kondensatorbryta- rens halvledarelement fortfarande med dubbla nätspänningen såsom spärrspänning, och en inkoppling av kompensationskonden- satorerna kan inte alltid ske genast utan endast när nätspän- ningens polaritet överensstämmer med polariteten hos konden- satorns laddningsspänning, i extrema fall således först en hel period senare. Vad gäller växelspänningskondensatorerna måste man räkna med att de fortfarande föreliggande likspänningskom- ponenterna menligt påverkar deras livslängd, och kondensatorer- nas lågfrekventa omladdningsförlopp kan leda till flimmerfenomen i det anslutna nätet.

Uppfinningen har till uppgift att vid ett förfarande för drift ma ^ _. 3,093 Qšïnmïf? 40 7905224-9 av effektkondensatorer för reaktivströmskompensation använda uteslutande växelspänningseffektkondensatorer, att undvika att effektkondensatorerna belastas av livslängdsminskande lik- spänning, att sänka tyristorspärrspänningsbelastningen till nätspänningen samt att halvera den systembetingade dödtiden efter ett avgivet inkopplingskommando till maximalt en halv nätperiod.

Denna uppgift löses i enlighet med de i patentkravet l angivna kännetecknen.

Vid lösningen enligt uppfinningen upphäves växelspänningseffekt- kondensatorernas livslängdsminskande likspänningsbelastning, halvledarbrytarnas spärrspänningsbelastning minskas till nät- spänningen och den systembetingade dödtiden minskas jämfört med kända anordningar till maximalt en halv nätspänningsperiod.

Genom tyska publiceringsskriften 23 03 939.6 är känt ett för- farande för drift av en kondensator för att i ett växelströms- nät kompensera reaktivström i en av kondensator, halvledarbrytare och induktans bestående strömkrets. Därvid kopplas kondensatorn när spänningen vid halvledarbrytaren är lika med noll eller nästan noll, varvid kondensatorn i kvartsperioden före konden- satorns inkopplingstidpunkt till nätet förladdas till nätspän- ningens toppvärde och under nätkvartsperioden efter kondensa- torns frânslagning från nätet urladdas från nätspänningens toppvärde till spänningen noll eller i det närmaste noll.

Vid detta kända förfarande bildas svängkretsens induktans av det inre nätmotstândets induktiva komponent eller en speciell induktans anordnas, exempelvis en drosselspole, varvid nätin- duktansen och drosselinduktansen samverkar, eller vid ett fullständigt kompenserat nät enbart drosselns induktans tillsam- mans med kapacitansen bestämmer svängkretsens egenskaper.

Kopplingstidpunkten för kondensatorns förladdning resp. utladd- ning inom kvartsperioden före resp. efter kondensatorns till- eller frånkoppling i nätet måste vid detta förfarande väljas med hänsyn till de storheter, som bestämmer svängkretsens egenskaper. Detta måste ske på det sättet att spänningens över- 7903224-9 4 fis 40 svängning vid kondensatorn sker exakt till de önskade värdena, speciellt nätspänningens toppvärde vid förladdning resp. värdet noll vid urladdning, så att detta urladdningsförfarandes till- lämpning är begränsad till anläggningar med givna höga serie- resonansfrekvenser.

Uppfinningen skall nu närmare förklaras i anslutning till ett på bifogade ritningar återgivet utföringsexempel. Därvid visar fig. l en enfasig anordning för utövande av förfarandet enligt uppfinningen, fig. 2 den principiella uppbyggnaden av styranordningen för ' halvledarbrytaren enligt fig. l, fig. 3 de elektriska storheternas tidsmässiga förlopp vid effektkondensatorns tillslagning och fig. 4 de elektriska storheternas tidsmässiga förlopp vid en tvåstegssvängningsurladdning.

Den i fig. l återgivna anordningen innehåller en halvledarbrytare l, som till- och frânslår en av en induktans 3 och en effekt- kondensator 2 bestående seriesvängkrets till resp. från ett växelströmsnät 4 med spänningen UL. Halvledarbrytaren l består i detta ntföringsexempel av ett antiparallellt kopplat tyristor- par, som av en styrning 5 försörjes med styrströmsimpulser iG, som alstras i beroende av den vid halvledarbrytaren l förelig- gande spänningen US och den vid effektkondensatorn 2 föreliggande spänningen UC. Seriesvängkretsens induktans kan bestå av den in- duktiva komponenten av nätets inre motstånd, eller en separat drossel kan anordnas.

Det i fig. 2 återgivna blockkopplingsschemat för styranordningen enligt fig. l innefattar en halvledarbrytare l, vars styr- elektrod är förbunden med en elektronisk brytare 52, som avger en styrpuls iG. Denna elektroniska brytare 52 är via en ström- försörjningsenhet 55 förbunden med en optokopplingsanordning 56, vars ingång påföres inkopplingskommandot Sin från en extern styrning eller reglering 6 för reaktivströmskompensation. En strömtransformator 58, vars primärlindning är kopplad i serie med halvledarbrytaren l är på sin sekundärsida förbunden med en anordning 54 för mätning av strömnollgenomgången. Denna anord- ning 54 är i sin tur förbunden med en styrlogiks 57 ingångar och strömförsörjningsenheten 55 samt halvledarbrytarens l anod. 40 s- 7903224-9 Till halvledarbrytarens l anod och katod har anslutits en an- ordning 53 för mätning av spänningsnollgenomgâng och en an- ordning 5l, som mäter spänningens tröskelvärden samt ström- försörjningsenheten 55. Styrlogikens 57 ingångar är förutom med utgången från anordningen 54 för strömnollgenomgångsmätning även förbunden med utgångarna från anordningen 53 för spännings- nollgenomgångsmätning och optokopplaren 56. Två ytterligare in- gångar på den elektroniska brytaren 52 är anslutna till styr- logikens 57 utgång och anordningen 51 för mätning av tröskel- värdesspänningen. Styrlogikens 57 utgång är dessutom förbunden med en av anordningens 51 ingångar.

De enskilda blocken i detta blockkopplingsschema är på vanligt sätt uppbyggda av förstärkare resp. logiska kopplingselement, varvid deras funktionssätt framgår av nedanstående beskrivning tillsammans med de i fig. 3 och 4 återgivna tidsdiagrammen för elektriska storheter vid effektkondensatorns till- och från- koppling.

Skall halvledarbrytaren l kopplas in måste en till-signal på- föras optokopplaren 56 så länge kondensatorn 2 skall förbli ansluten till nätet 4. Anordningen 53 för mätning av spännings- nollgenomgången alstrar efter varje positiv brytarspänningsnoll- genomgång (halvledarbrytarens anod-katodspänning) en impuls, som sedan i styrlogiken 57 kopplas med optokopplarens 56 utgångs- signal. Styrlogiken 57 ger då en impuls till den elektroniska brytaren 52, ett transistorsteg, varigenom detta friger styr- strömmen i för halvledarbrytaren l. Styrströmmen iG avges av en strömfögsörjningsenhet 55, som i sin tur tar sin effekt ur huvudströmkretsen genom att i halvledarbrytarens l frånslagnings- läge via en parallell gren till brytaren laddas en kondensator, och i inkopplingstillstånd via strömtransformatorn 58 och mätanordningen 54 för strömnollgenomgången från förbrukarström- men i avgrenas en ström. Anordningen 54 för mätning av ström- V nollgenomgången avger efter varje polaritetsomkastning i för- brukarströmmen iv en impuls till styrlogiken 57, för att upprätt- hålla förbrukarströmmen i V så länge en till~signal föreligger.

Förhållandena vid effektkondensatorns tillslagning förklaras närmare i anslutning till de i fig. 3 âtefgivna föf1Opp@n för 7905224-9 ~ ß pzs ¿4O nätväxelspänningen UL, spänningen vid effektkondensatorn UC, kondensatorströmmen iv, tillslagningsimpulsen Sin samt styr- impulsströmmen is i relation till tiden t.

Strax före varje tillslagning förladdas effektkondensatorn 2 inte till nätspänningens UL toppvärde, utan halvledarbrytaren 1 får efter tillslagningskommandot Sin vid tidpunkten to i brytarspän- ningens Us positiva nollgenomgâng vid tidpunkten tl en kort styrströmimpuls iG. Utgår man från en oladdad effektkondensator 2 motsvarar i tillslagningsögonblicket brytarspänningen Us nätspänningen U, d.v.s. effektkondensatorn 2 kopplas vid nätspän ningen U = 0 till nätet 4, varigenom den stationära förbrukar- strömmen överlagras med utjämningsströmmar. Detta kan leda till att förbrukarströmmen iv inom en strömhalvperiod har en eller flera nollgenomgångar, vilket redan efter första nollgenomgången skulle leda till frånslagning av halvledarbrytaren l. Detta kan man förhindra om en anordning för mätning av strömnollgenomgångar sörjer för en förnyad styrströmimpuls till halvledarbrytaren 1 vid tidpunkten för nollgenomgången (tz). Förutom avgivningen av flera styrimpulser till halvledarbrytaren l kan denna även genom en långvarig styrimpuls hållas ständigt ledande. Under halvledarbrytarens l hela tillslagningstid sker i växelströms- nätet 4 med effektkondensatorns 2 hjälp en kompensation av reaktivström.

De elektriska storheternas tidsmässig förlopp efter effektkonden- satorns tillslagningsorder Sin förklaras i anslutning till fig. 4. När optokopplarens 56 luminiscensdiod fr.o.m. tidpunkten t4 inte längre får någon signal, frånslås halvledarbrytaren l vid förbrukarströmmens iv nästföljande nollgenomgång. Vid denna tidpunkt ts spänningen UC över effektkondensatorn 2 stannar på detta spän- har nätspänningen UL uppnått sitt toppvärde och ningsvärde till tidpunkten ts, varvid inbyggda begränsare genom en ringa urladdning av kondensatorn 2 förhindrar ytterligare ökning av spänningen vid halvledarbrytaren l. Normalt kommer man att välja begränsarnas utlösningsspänning något högre för att undvika periodisk utlösning av bogränsarna.

Spänningen vid halvledarbrytaren l erhålles av dífferensvn I riünderskrídvr .40 7 79øz224-9 brytarspänningen ett inställbart tröskelvärde Uschw (tidpunkt t7 resp. t 8) avger tröskelvärdesanordningen 51 en impuls till den elektroniska brytaren 52, som därefter kortvarigt släpper fram styrströmmen iG och styr halvledarbrytaren 1. I och med detta urladdas kondensatorn 2 delvis till en spänning, som är beroende av tröskelvärdet U samt effektkondensatorns 2 och induktansens Schw 3 värden. Vid tidpunkten ts avges på nytt en styrimpuls iG till halvledarbrytaren l, så att en ny urladdning av effektkon- densatorn 2 låter spänningen U över effektkondensatorn 2 sjunka C ungefär till värdet noll.

Svängningsurladdningen i två eller flera steg innebär en avsevärd ökning av vilotiden för den styrbara halvledarbrytaren 1 och tillåter stora toleranser vid fastställandet av urladdnings- tidpunkten. Av de elektriska storheternas tidsmässiga förlopp kan lätt utläsas fördelarna med förfarandet enligt uppfinningen: Effektkondensatorn för nätets reaktivströmskompensation under- kastas en ren växelspänningsbelastning, varigenom olägenheterna med avseende på dess livslängdsbegränsning på grund av likströms- belastningar elimineras. Vidare belastas kondensatorbrytarens effekthalvledarelement spärrspänningsmässigt endast med den enkla nätspänningen, eftersom kondensatorspänningen i frânkopp- lat tillstånd är lika med noll. Vidare kan effektkondensatorns till- och frânslagningstidpunkter till nätet ligga både i nät- spänningens positiva och negativa toppvärde. Vidare möjliggöres en förladdning av effektkondensatorns spänning UC på värden, som är olika nättoppspänningen genom förskjutning av förladd- ningstidpunkten. Därvid ger en förskjutning i riktning mot nät- spänningstoppvärdet en förladdningsspänning, som är större än nätets toppspänning. Genom anpassningsförmågan på grund av för- och analogt även urladdningstidpunktens varierande är det vidare möjligt att förverkliga villkoren för en exakt utjämnings- strömfri koppling.

Medan vid det kända förfarandet enligt den inledningsvis om- nämnda tyska publiceringsskriften 23 03 939 kopplingstidpunkten för förladdning resp. urladdning-inom kvartsperioden före resp. efter kondensatorns till- eller frånslagning måste företrädesvis väljas med hänsyn till de svängningskretsens egenskaper bestäm- 7905224-9 s mande storheterna på sådant sätt att spänningen över kondensatorn 2 svänger in exakt till de önskade värdena, speciellt nät- spänningens toppvärde, föreligger vid förfarandet enligt upp- finningen icke längre någon sådan inskränkning.

Claims (3)

10 15 20 25 30 35 7903224-9 Patentkrav

1. Förfarande för drift av effektkondensatorer för kompensa- tion av reaktivströmmar, vilka i serie med halvledarbrytare och drosselspolar är anslutna till ett växelströmsnät resp i öppen triangelkoppling till ett trefasnät, k ä n n e t e c k - n a t därav, att effektkondensatorerna i slutet av en inkopp- lingsintervall helt urladdas genom ett svängningsurladdnings- förlopp i ett eller flera steg med till sin absoluta storlek ökande nätspänning och under energiavgivning till växelströms- eller trefasnätet, samt att de urladdade effektkondensatorerna vid spänningslikhet mellan ifrågavarande effektkondensatorer och spänningen i växelströms~ eller trefasnätet, dvs vid spän- ningen noll vid den varje effektkondensator tillordnade halv- ledarbrytaren, inkopplas i beroende av ett reaktiveffektbehovet mätande mätsystems tillkopplingskommando i det växelströms- resp trefasnät, som skall kompenseras.

2. Förfarande enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t därav, att efter halvledarbrytarens (1) frånslagning en anordning för spänningsbegränsning genom en ringa urladdning av effektkon- densatorn (2) förhindrar ytterligare ökning av spänningen vid halvledarbrytaren (1) och vid underskridande av ett inställbart spänningströskelvärde vid halvledarbrytaren (1) avges en impuls till halvledarbrytaren (l), vilken leder till en urladdning av effektkondensatorn och därmed till att kondensatorspänningen sjunker, vilken är beroende av det inställda tröskelvärdet, effektkondensatorns (2) kapacitans samt induktansen (3) och att detta urladdningsförlopp upprepas tills effektkondensatorn är urladdad ungefär till värdet noll.

3. Anordning för genomförande av förfarandet enligt krav l och 2 för drift av effektkondensatorer för kompensation av reaktivström- mar, vilka i serie med halvledarbrytare och drosselspolar är an- slutna till ett växelströmsnät resp i öppen triangelkoppling till ett trefasnät, varvid effektkondensatorerna i slutet av en inkopplingsintervall helt urladdas genom ett svängningsurladd- ningsförlopp i ett eller flera steg med till sin absoluta stor- E-ya-qrf FQQR Qfišñii x. _ wl 903224-9 10 15 20 25 30 35 lek ökande nätspänning och under energiavgivning till växel- ströms- eller trefasnätet, samt att de urladdade effektkonden- satorerna vid spänningslikhet mellan ifrågavarande effektkonden- satorer och spänningen i växelströms- eller trefasnätet, dvs vid spänningen noll vid den varje effektkondensator tillordnade halvledarbrytaren, inkopplas i beroende av ett reaktiveffekt- behovet mätande mätsystems tillkopplingskommando i det växel- ströms- resp trefasnät, som skall kompenseras, och varvid efter halvledarbrytarens frånslagning en anordning för spän- ningsbegränsning genom en ringa urladdning av effektkondensa- torn förhindrar ytterligare ökning av spänningen vid halvledar- brytaren och vid underskridande av ett inställbart spännings- tröskelvärde vid halvledarbrytaren avges en impuls till halv- ledarbrytaren, vilken leder till en urladdning av effektkonden- satorn och därmed till att kondensatorspänningen sjunker, vilken är beroende av det inställda tröskelvärdet, effektkondensatorns kapacitans samt induktansen och detta urladdningsförlopp upp- repas tills effektkondensatorn är urladdad ungefär till värdet noll, k ä n n e t e c k n a d därav, att en optokopplare (56) ingângssidigt är förbunden med en reaktiveffektregleringsanord- ning (6) för det växelströmsnät (4), som skall kompenseras och utgångssidigt är förbunden både med en strömförsörjningsenhet (55) och en styrlogik (57), att en i serie med halvledarbryta- ren (l) liggande transformator (58) sekundärsidigt är förbunden med en anordning (54) för mätning av strömnollgenomgångar, vars utgångar är anslutna till strömförsörjningsenheten (55) och styrlogiken (57), att en anordning (Bl) för mätning av tröskel- värdesspänning, anordningen (53) för mätning av spänningsnoll- genomgångar och strömförsörjningsenheten (55) är anslutna till halvledarbrytarens (l) anod och katod, att tröskelvärdesspän- ningsmätanordningens (51) utgång, styrlogikens (57) utgång och strömförsörjningsenhetens (55) utgångar är anslutna till en elektronisk brytares (52) ingångar medan spänningsnollgenom- gångsmätanordningens (53) utgång är förbunden med en ytterligare ingång av styrlogiken (57) samt att den elektroniska brytarens (52) utgång är förbunden med halvledarbrytarens (1) styrelektrod.